сложнейшие вопросы по физике

Невероятные открытия: путешествие к центру Земли в надувной лодке

В поисках нейтрино...

Глубоко под поверхностью Земли в туннелях бывших шахт по добыче цинка и золота физики ищут неуловимые «призрачные» частицы, известные как нейтрино. И в их поисках учёные отправляются в удивительное путешествие, которое обывателям может показаться чем-то запредельным. Впрочем, так оно и есть. 

Поиски нейтрино

Подземные субатомные сущности.

Порожденные сверхновыми, сталкивающимися галактиками и даже самим Большим взрывом, около 100 триллионов этих призрачных субатомных сущностей пролетают через тело каждого человека почти со скоростью света каждую секунду. 

Но они остаются незамеченными из-за их мизерной массы и нейтрального заряда. Чтобы обнаружить эти частицы, ученые во всем мире должны были построить гигантские подземные обсерватории, по которым они передвигаются на... шлюпках. Со стороны это смотрится, как кадры из научно-фантастического фильма.

Камеры обнаружения нейтрино.

Камеры обнаружения нейтрино, такие как SNO, Борексино и Супер Камиоканде расположены в некоторых из самых отдаленных регионов на планете. Поскольку нейтрино легко можно спутать с другими субатомными сущностями, такими как космические лучи, детекторы должны быть расположены глубоко в недрах земли, куда могут проникнуть только бесконечно малые «частицы-призраки».

Супер Камиоканде

Нейтринный детектор Супер Камиоканде.

«Супер Камиоканде», который является крупнейшим в мире нейтринным детектором, расположен в 1000 метрах под землей в цинковом руднике Мозуми в Японии. Этот огромный массив детекторов света, окружающих куполообразный бак с 200 000 литрами супер чистой дистиллированной воды, действует как ловушка для нейтрино. 

13.000 ФЭУ.

Камера подстерегает эти частицы, которые не весят почти ничего и практически вообще не взаимодействуют с обычным веществом. В редких случаях когда они это делают, то производят «призрачную» кольцеобразную вспышку света, которая улавливается благодаря 13 000 фотоумножителям (ФЭУ), покрывающим стены.

Физик Нил Деграсс Тайсон.

Когда нейтрино сталкивается с атомом в воде, создавая электрон, физики могут проследить его путь, идентифицировав местоположение источника (будь то умирающая звезда, катастрофическое космическое событие или наше собственное Солнце).

Техобслуживание обсерватории.

Завершенная в 1996 году обсерватория была предназначена для исследования солнечных и атмосферных нейтрино, поиска распадающихся протонов, а также для отслеживания в Млечном Пути сверхновых - звездных взрывов, которые могут излучать столько же энергии, сколько Солнце или любая обычная звезда может излучать в течение всего срока жизни. 

Идентификация местоположения источниов.

В течение века происходят только три или четыре взрыва сверхновых в нашей галактике. А особо забавным фактом является то, что все работы по техобслуживанию производятся с помощью обычной лодки, в которой персонал плавает в гигантском баке.

SNO (Sudbury Neutrino Observatory)

Исследования электронных, мюонных и тау нейтринов.

Все предыдущие детекторы нейтрино (измерения стали проводиться с 1960-х годов) до сих пор только могли улавливать только около половины из нейтрино. В 1984 году физик Херб Чен предложил использовать тяжелую воду, чтобы захватить больше так называемых «ароматов» нейтрино. (Есть три типа нейтрино, называемые «ароматы»: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино). 

Акриловый сосуд с тяжелой водой.

В то время как «Супер Камиоканде» может обнаружить только электронные нейтрино, SNO может обнаружить их все. Расположенная в одной из самых глубоких шахт в мире, шахте Крейтон в Садбери, Канада, SNO представляет собой акриловый сосуд диаметром 12 метров, заполненный 1100 тоннами тяжелой воды. 

Лаборатория SNO находится в 2 км под землей.

В этой сфере размещен гигантский геодезический шар, покрытый 9 600 ФЭУ. Нейтринная обсерватория SNO была закрыта в 2006 году и перепрофилирована с тех пор для различных экспериментов, в том числе для обнаружения темной материи. Лаборатория SNO, находящаяся в 2 км под поверхностью, является самой глубокой «чистой комнатой» в мире.

Борексино

Лаборатории Гран-Сассо.

Борексино, подобно SNO, является сферой из нержавеющей стали, которая содержит 2000 ФЭУ. Расположенный в Национальной лаборатории Гран-Сассо возле города Аквила, Италия детектор предназначен для обнаружения низкоэнергетических солнечных нейтрино в реальном времени. В 2010 году в Борексино впервые в истории был зафиксирован геонейтрино, испускаемый расплавленным ядром Земли.

В Борексино был зафиксирован геонейтрино.

Японские школьники ухаживают за могилами русских солдат на русском кладбище в Мацуяма. 2012 год.

"Я уже второй год прихожу сюда как волонтер. Зачем? - тринадцатилетняя Мию Кигути недоумевает над вопросом. - Ну чтобы русские, которые обрели покой не у себя на родине, а в моей стране, могли упокоиться с миром".

"Никакого особенного способа преподавания в нашей школе нет. Мы не заставляем детей. Для них это прежде всего традиция - их предшественники, школьники других поколений, часто - их родители приходили на это кладбище каждую вторую субботу месяца. И для детей сначала смысл в том, чтобы поддержать традицию. Остальное приходит само собой, видимо. Я начал работать в этой школе четыре года назад, и тогда на меня глубокое впечатление произвело отношение детей к этому ритуалу", - говорит преподаватель школы Синъя Хамамото.

NGC 2392 или туманность Эскимос — планетарная туманность в созвездии Близнецы.Расстояние от Солнечной системы до туманности составляет 3000 световых лет, размер самой туманности треть светового года, однако некоторые газовые волокна простираются на световой год. Оранжевым цветом туманность обязана азоту, из которого состоит туманность. Данная туманность является биполярной и имеет сложную структуру.

Прялка "Дженни" - изобретение, сделавшее возможным промышленную революцию.

Будь то носки или что-нибудь из модных предметов одежды, именно достижения текстильной промышленности в период промышленной революции сделали возможными эти вещи для масс.

Прялка «Дженни», или прядильная машина Харгривса, внесла большой вклад в развитие этого процесса. После того как сырье — хлопок или шерсть — собирается, из него нужно сделать пряжу, и зачастую эта работа весьма кропотлива для людей.

Джеймс Харгривс решил этот вопрос. Принимая вызов британского Королевского общества искусств, Харгривс разработал устройство, которое намного перевыполнило требования конкурса, чтобы оно сплетало не менее шести пряж одновременно. Харгривс построил машину, которая выдавала восемь потоков одновременно, что резко повышало эффективность этой деятельности.

Устройство состояло из прялки, которая контролировала поток материала. На одном конце устройства находился вращающийся материал, а на другом нити собирались в пряжу из-под ручного колеса.

Работа над фильмом «Интерстеллар» привела к открытию

Ученые из США и Великобритании, выступившие консультантами фильма «Интерстеллар», сообщили об открытии, к которому они пришли в процессе работы над лентой. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Classical and Quantum Gravity.

Специалистам, по их словам, впервые удалось при помощи компьютерного моделирования продемонстрировать, как камера, находящаяся вблизи черной дыры, могла бы показать ее и расположенные рядом галактики.

В своей статье программисты и физики опубликовали базовые уравнения, которые они использовали для создания программы, описывающей распространение света вблизи вращающейся черной дыры (как в фильме «Интерстеллар»).

По словам ученых, их подход, в отличие от использованных ранее, предполагает моделирование распространения не отдельных лучей света, а их пучков. Как отмечают эксперты, это позволяет создавать реалистичную анимацию высокого качества, а не схематичные изображения.

Теоретическая физика Кипа Торна в фильме «Интерстеллар»
В вышедшем в начале ноября 2014 года научно-фантастическом фильме «Интерстеллар» показаны такие события, как полеты через гиперпространство, падения в черные дыры и путешествия во времени. Одним из консультантов картины выступил физик-теоретик Кип Торн.

Сделана попытка объяснить трехмерность Вселенной

Помимо этого ученые из Великобритании, США, Германии и Португалии проанализировали возможные причины ее раннего инфляционного расширения.

Физики построили модель, которая показала, что структура вакуума на ранних стадиях развития Вселенной (до этапа инфляционного расширения) представляла собой сеть плотных «узлов» и связанных между собой силовых трубок. Как полагают ученые, эти трубки были сформированы в процессе КХД-подобного космологического фазового перехода (в термодинамике этот термин обозначает переход вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий – NS).

Ту трехмерность пространства, которую все мы наблюдаем, физики связали с топологической устойчивостью сети из одномерных силовых трубок, а инфляционную стадию эволюции Вселенной – с высвобождением энергии, которое сопровождает расширение сети трубок и ее охлаждение.

Таким образом, структуру ранней Вселенной физики сравнили с запутанными проводами наушников.

Я думаю, что это идея, которую стоит изучать.

– Алан Гут, один из авторов инфляционной модели, физик из Массачусетского технологического института.


Пока экспериментальный способ подтвердить гипотезу учеными не предложен. Свои теоретические выкладки исследователи строили на основании модели Абрикосова – Нильсена – Олесена, в которой возникают необходимые образования в виде струноподобных решений четырехмерной (в пространстве и времени) теории Хиггса специального вида.

Квантовая хромодинамика (КХД) описывает сильное взаимодействие частиц – кварков, которое осуществляется частицами-переносчиками взаимодействия – глюонами. По мнению авторов, на ранних стадиях развития Вселенной существовало единое сильное и электрослабое взаимодействие, из которого на инфляционном этапе (промежутке экспоненциального расширения) произошло выделение сильного взаимодействия.

Этот процесс называют бариогенезисом. Его сопровождало объединение кварков и глюонов в адроны, а также вероятное появление космологических топологических дефектов (в частности, космологических струн, стенок и монополей). По завершении стадии бариогенезиса наступил этап лептогенезиса – выделения из электрослабого взаимодействия электромагнитных и слабых сил.